核心提示：噬菌体合成生物学可以将功能基因整合到噬菌体基因组中，增强其在各种生物工程应用中的抗菌活性和潜力。噬菌体颗粒有限的DNA封装能力不允许将大基因整合到噬菌体基因组中。

  噬菌体是地球上数量最多和遗传多样性的生物实体。噬菌体已被公认为治疗细菌感染的天然抗菌剂。然而，对一小部分细菌菌株的极高宿主特异性以及一些噬菌体含有毒力基因的事实仍然存在，因此，需要对噬菌体进行基因工程改造以克服这些限制。

  噬菌体合成生物学可以将功能基因整合到噬菌体基因组中，增强其在各种生物工程应用中的抗菌活性和潜力。噬菌体颗粒有限的DNA封装能力不允许将大基因整合到噬菌体基因组中。噬菌体的附属基因可能有助于噬菌体更好地适应广泛的生态位，但在某些条件下可能对噬菌体的发育不是必需的。这些非必需基因的减少可以在噬菌体基因组中创造一些空间。这就提出了噬菌体基因组可以减少到什么程度的问题，特别是在具有相对大量未知功能基因的新型噬菌体的情况下。

  2022年12月14日，中国科学院深圳先进技术研究院的马迎飞团队的研究人员在《Nucleic Acids Research》期刊发表了题为：Genome-scale top-down strategy to generate viable genome-reduced phages 的研究论文。

  在这篇文章中，为了从噬菌体基因组中去除多余的基因可以设计出具有更多功能的噬菌体基因组，为噬菌体治疗铺平道路，使用CiPGr方法获得比野生型噬菌体侵染能力更强的基因组简化噬菌体。

  对自由生命细胞最小基因组的大量研究结果扩大了对基本生物学原理的理解，并引起了对尾噬菌体基因组减少的极大兴趣。使用CiPGr方法，证明了压缩不同尾噬菌体的基因组以产生活的基因组还原噬菌体的可行性。通过突变噬菌体群体的宏基因组测序检测到的可移动基因集与分离的突变噬菌体基因组中不存在的基因集之间的差异表明，这些基因对噬菌体适应性具有不同的重要性。尽管在大多数情况下，基因组减少对噬菌体繁殖有害，但筛选了与亲本噬菌体相比具有更高感染效率的突变体。

  研究表明，多种因素，包括间隔选择和广泛的碱基修饰，会影响CRISPR / Cas9辅助HR方法噬菌体基因组编辑的效率。为每个感兴趣的基因设计了多个间隔序列，以避免编辑失败。结果表明，在迭代CiPGr过程中，大多数目的基因从噬菌体T7(28/36，77.8%)，seszw(52/60，86.7%)，T4(120/188，63.8%)和selz(96/179，53.6%)的基因组中被破坏或删除，显示了设计的可行性。

  结果显示，这些基因在T7、T4、seszw和selz中平均每个基因分别有6、5、6和6.5个间隔条，证实了基因编辑。T4的基因缺失和基因破坏效率远低于T7。然而，T4中可移动基因的百分比(50%)与其他三种测试噬菌体的百分比没有太大差异(T7为46.7%，seszw为65.4%，selz为56.2%)。这表明基因组修饰对在CiPGr过程中确定噬菌体可移动基因集的影响可以忽略不计。未经编辑的基因可能对这些噬菌体至关重要。

  在这项研究中，未能在T7的可移动基因集中检测到五个基因(gp0.3，gp1.6，gp1.8，gp6.3和gp6.5)，尽管这些基因以前被认为是非必需的。这些基因对MG1655中的T7生长很重要，并且它们的丢失严重影响了T7在其宿主内的生长适应性，导致我究中人群中相应突变体的快速衰退。因此，得出结论，对缺失具有抵抗力的假设基因必须在噬菌体繁殖中起关键作用。

  迭代过程确保具有较大生长优势的突变体将在突变体群体中占主导地位，从而从众多异质突变体中优先选择下一轮CiPGr。因此，基因从突变噬菌体基因组中丢失的顺序可能表明这些基因在噬菌体繁殖中的重要性存在差异，即基因越早被删除或破坏，基因对噬菌体繁殖的重要性就越低。从突变群体的宏基因组测序数据和分离的突变噬菌体的基因组，如随着转移次数的增加，四种噬菌体的可移动基因在种群中的频率增加(64.86±2.92%)可以表明。

  CiPGr导致数千代突变噬菌体后代，考虑到CiPGr对适应性增加的突变体施加的正选择，这些突变可能在一定程度上有利于突变噬菌体的繁殖，表明大多数突变噬菌体(T7的94.4%和seszw的76.9%)的非同义取代与同义取代。

  总之，研究表明，基因组冗余在尾噬菌体中很常见，减少噬菌体基因组对噬菌体适应性的影响是异质的。考虑到噬菌体繁殖高度依赖于宿主，结果可能因宿主而异。然而，在特定的宿主菌株中，使用CiPGr来减小四种不同噬菌体基因组的大小，从而在本研究的给定条件下生成噬菌体基因组中必需，非必需和准必需基因的遗传图谱。这些信息对噬菌体基因组的重新设计和噬菌体生物学的研究非常感兴趣。